第二章-迁移率测量-3-SCLC-2012

钙钛矿光伏器件中空间电荷限域法测缺陷态密度原理下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。

文档下载后可定制随意修改，请根据实际需要进行相应的调整和使用，谢谢!并且，本店铺为大家提供各种各样类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，如想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by theeditor.I hope that after you download them,they can help yousolve practical problems. The document can be customized andmodified after downloading,please adjust and use it according toactual needs, thank you!In addition, our shop provides you with various types ofpractical materials,such as educational essays, diaryappreciation,sentence excerpts,ancient poems,classic articles,topic composition,work summary,word parsing,copy excerpts,other materials and so on,want to know different data formats andwriting methods,please pay attention!钙钛矿光伏器件中空间电荷限域法测量缺陷态密度的原理探析在太阳能电池领域，钙钛矿材料因其优异的光电性能和低成本的制备工艺，已经引起了广泛的关注。

测量方法(1)渡越时间(TOP)法适用于具有较好的光生载流子功能的材料的载流子迁移率的测量，可以测量有机材料的低迁移率。

在样品上加适当直流电压，选侧适当脉冲宽度的脉冲光，通过透明电极激励样品产生薄层的电子一空穴对。

空穴被拉到负电极方向，作薄层运动。

设薄层状况不变，则运动速度为μE。

如假定样品中只有有限的陷阱，且陷阱密度均匀，则电量损失与载流子寿命τ有关，此时下电极上将因载流子运动形成感应电流，且随时间增加。

在t 时刻有：若式中L 为样品厚度电场足够强，t≤τ，且渡越时间t0<τ。

则在t0 时刻，电压将产生明显变化，由实验可测得，又有式中L、V 和t0 皆为实验可测量的物理量，因此μ值可求。

(2)霍尔效应法主要适用于较大的无机半导体载流子迁移率的测量。

将一块通有电流I 的半导体薄片置于磁感应强度为B 的磁场中，则在垂直于电流和磁场的薄片两端产生一个正比于电流和磁感应强度的电势U，这称为霍尔效应。

由于空穴、电子电荷符号相反，霍尔效应可直接区分载流子的导电类型，测量到的电场可以表示为式中R 为霍尔系数，由霍尔效应可以计算得出电流密度、电场垂直漂移速度分量等，以求的R，进而确定μ。

3)电压衰减法通过监控电晕充电试样的表面电压衰减来测量载流子的迁移率。

充电试样存积的电荷从顶面向接地的底电极泄漏，最初向下流动的电荷具有良好的前沿，可以确定通过厚度为L 的样品的时间，进而可确定材料的μ值。

(4)辐射诱发导电率(SIC)法导电机理为空间电荷限制导电性材料。

在此方法中，研究样品上面一半经受连续的电子束激发辐照，产生稳态SIC，下面一半材料起着注入接触作用。

然后再把此空间电荷限制电流(SCLC)流向下方电极。

根据理论分析SCLC 电导电流与迁移率的关系为J=pμε1ε0V2/εDd3 (7) 测量电子束电流、辐照能量和施加电压函数的信号电流，即可推算出μ值。

(5)表面波传输法被测量的半导体薄膜放在有压电晶体产生的场表面波场范围内，则与场表面波相联系的电场耦合到半导体薄膜中并且驱动载流子沿着声表面波传输方向移动，设置在样品上两个分开的电极检测到声一电流或电压，表达式为Iae=μP／Lv．(8) 式中P 为声功率，L 为待测样品两极间距离，v 为表面声波速。

离子迁移数的测定——界面法2011011743 分1 黄浩同组人：李奕 实验日期：2013-11-9 提交报告日期：2013-11-10实验教师：杨忠强1 引言 1.1 实验目的1. 采用界面法测定H ＋离子的迁移数2. 掌握测定离子迁移数的基本原理和方法1.2 实验原理当电流通过电解电池的电介质溶液时，两极发生化学变化，溶液中阳离子和阴离子分别向阴极与阳极迁移。

假若两种离子传递的电量分别为q +和q -，通过的总电量为Q q q +-=+每种离子传递的电量与总电量之比，称为离子迁移数。

阴、阳离子的迁移数分别为q t Q --=， qt Q++= （1） 且1t t +-+= （2）在包含数种阴、阳离子的混合电解质溶液中，t -和t +各为所有阴、阳离子迁移数的总和。

一般增加某种离子的浓度，则该离子传递电量的百分数增加，离子迁移数也相应增加。

但对于仅含一种电解质的溶液，浓度改变使离子间的引力场改变，离子迁移数也会改变，但变化的大小与正负因不同物质而异。

温度改变，迁移数也会发生变化，一般温度升高时，t -和t +的差别减小。

测定离子迁移数，对于了解离子的性质有很重要的意义。

迁移数的测定方法有界面法、希托夫法和电势法等，本实验详细介绍界面法。

利用界面移动法测迁移数的实验可分为两类:一类是使用两种指示离子，造成两个界面;另一类是只用一种指示离子，有一个界面。

本实验是用后一种方法，以镉离子作为指示离子，测某浓度的盐酸溶液中氢离子的迁移数。

在一截面均匀的垂直放置的迁移管中，充满HCl 溶液，通以电流，当有电量为Q 的电流通过每个静止的截面时，t Q +当量的+H 通过界面向上走，t Q -当量的Cl -通过界面往下行。

假定在管的下部某处存在一个界面（aa '），在该界面以下没有H +，而被其它的正离子（例如2Cd +）取代，则此界面将随着H +往上迁移而移动，界面的位置可通过界面上下溶液性质的差异而测定。

迁移数的测定实验报告迁移数的测定实验报告引言：迁移数是指溶液中的离子在电场中迁移的能力。

它是评价离子在电场中迁移速率的重要指标，对于了解溶液中离子的行为和电解质的性质具有重要意义。

本实验旨在通过测定电解质溶液中的迁移数，探究离子在电场中的迁移规律。

实验材料与方法：实验所用材料包括：电解质溶液（如NaCl、KCl）、导电池、电源、电流计、电极、盐桥、滴定管等。

实验步骤：1. 准备工作：将导电池两端的电极用砂纸打磨，保证电极表面光滑，清洗干净。

2. 实验前的准备：用电子天平称取适量的电解质溶液，如NaCl溶液，浓度为0.1mol/L。

3. 实验操作：将电极分别插入导电池的两个孔中，注意保持电极与溶液接触的部分长度相等。

将电流计插入电路中，调节电源电压使电流计读数约为1mA。

待电流计稳定后，记录电流计示数。

4. 实验数据处理：根据电流计示数和电源电压计算电解质溶液中的电流强度，并根据法拉第定律计算迁移数。

实验结果与讨论：经过实验测定，我们得到了不同电解质溶液中的电流强度和电源电压数据。

根据法拉第定律，电流强度与迁移数之间存在一定的关系。

通过对实验数据的处理与分析，我们可以得到电解质溶液中离子的迁移数。

在本实验中，我们选取了NaCl和KCl溶液进行测定。

根据实验数据，我们计算得到Na+和Cl-的迁移数分别为0.6和0.4，而K+和Cl-的迁移数分别为0.7和0.3。

可以看出，Na+和K+在电场中的迁移能力较强，而Cl-的迁移能力较弱。

这一结果与我们的预期相符。

根据离子的电荷和半径大小，我们可以推测Na+和K+的迁移数较大是因为它们是单价阳离子且半径较小，迁移速度较快。

而Cl-由于是单价阴离子且半径较大，迁移速度较慢。

此外，实验中我们还发现了一些其他现象。

例如，在测定过程中，电流强度可能会随着时间的增加而逐渐减小，这可能是由于电解质溶液中的离子浓度逐渐降低导致的。

同时，电解质溶液的温度也会对迁移数产生一定的影响，高温下离子的迁移速率更快。

钴酸锂离子迁移率：
钴酸锂（LiCoO2）是一种常用的锂离子电池正极材料。

对于钴酸锂材料来说，锂离子的迁移率是一个重要的性能参数，它反映了锂离子在材料中的扩散速度。

锂离子迁移率可以通过实验测定。

一般来说，测定方法包括电化学阻抗谱（EIS）和恒定电流密度测试。

在电化学阻抗谱中，锂离子迁移率可以通过测量锂离子在材料中的扩散阻抗来获得。

在恒定电流密度测试中，锂离子迁移率可以通过测量锂离子在材料中的扩散系数来获得。

钴酸锂材料的锂离子率通常在10^-9 to 10^-8 cm^2/s的范围内。

此外，锂离子迁移率还会受到温度、电场等因素的影响。

一般来说，随着温度的升高，锂离子迁移率会增加；随着电场的增加，锂离子迁移率会减小。

需要注意的是，锂离子迁移率只是钴酸锂材料性能的一个方面，还需要综合考虑材料的结构稳定性、电化学稳定性等因素，才能全面评估材料的性能。

第二章有机半导体材料载流子迁移率测试方法一、电荷渡越时间法（TOF）电荷渡越时间法（Time of Flight二、场效应晶体管表征法（FET）Field Effect Transistor三、空间电荷受限的电流法（SCLC）Space-Charge-Limited-Current四、瞬态电致发光Transient Electroluminescence一电荷渡越时间法（Time of Flight TOF 、电荷渡越时间法（Time of Flight, TOF）1.1、TOF的早期11TOF mobility 最早被称为drift（漂流）mobility 1954年被用于测量离子在气体中的迁移率(M.A. Biondi, L.M. Chanin, Phys. Rev.1954, 94, 910.)年被电在液体中的率1959年被用于测量电子在液体中的迁移率(O.H. LeBlanc, J. Chem. Phys.1959, 30, 1443.) 1960年被用于测量载流子在有机固体中的迁移率(R.G. Kepler, Phys. Rev.1960, 119, 1226.)(p y)Charge carrier production and mobility in anthracene crystals(R.G. Kepler, Phys. Rev.1960, 119, 1226.)Charge carrier production and mobility in anthracene crystals Charge carrier production and mobility in anthracene crystals1、蒽单晶，尺寸1-2 mm蒽单晶尺寸2、2 μs light pulse(Xenon flash tube)(Xenon flash tube)3、Under 10−5mmHgA光电流检测脉冲激光L金属电极透明玻璃半导体薄膜迁移率（μ）：空穴迁移率μh ，正偏压，透明电极ITO为正极电子迁移率μe，负偏压，透明电极ITO为负极迁移率（μ）计算公式：1、μ= L2/ (t×V)TRL ：半导体厚度t TR ：渡越时间TOF法测量迁移率的关键TRV ：电压是测量出渡越时间tTR。

钙钛矿太阳能电池（Perovskite Solar Cells，PSCs）是目前研究中备受关注的一种新型太阳能电池技术。

钙钛矿太阳能电池以其高效率、低成本、易制备等优点，被认为是未来光伏领域的一个重要发展方向。

然而，在实际应用中，钙钛矿太阳能电池还存在一些问题，其中之一就是暗电流（SCLC）问题。

SCLC是指在钙钛矿太阳能电池中，在无光照的情况下电荷的流动现象。

SCLC的存在会影响钙钛矿太阳能电池的性能和稳定性，因此研究和解决SCLC问题对于提高钙钛矿太阳能电池的性能至关重要。

如何研究和解决钙钛矿太阳能电池中的SCLC问题，是当前钙钛矿太阳能电池研究的热点之一。

在这个问题上，迁移率是一个重要的参数。

迁移率（Mobility）是指载流子在晶体中受到电场驱动时的移动速度，是衡量材料导电性能的重要指标。

在钙钛矿太阳能电池中，提高电子和空穴的迁移率可以有效降低暗电流，提高光电转换效率，因此如何提高钙钛矿太阳能电池中的载流子迁移率成为研究的关键方向之一。

钙钛矿太阳能电池中暗电流（SCLC）问题和载流子迁移率的研究涉及到材料、器件结构、工艺等多个方面，下面将分别从这几个方面进行展开讨论。

一、材料1. 晶体结构：钙钛矿太阳能电池的活性层材料主要是钙钛矿结构的无机-有机杂化钙钛矿材料，通过调控晶体结构、原子间作用力等因素，可以有效提高材料的电荷传输性能，降低暗电流。

2. 材料掺杂：通过掺杂适量的杂质，可以调控材料的禁带宽度、载流子迁移率等性能，从而改善钙钛矿太阳能电池的性能。

二、器件结构1. 电极选择：选择合适的电极材料，如导电玻璃、导电聚合物等，对于提高钙钛矿太阳能电池的性能有着重要作用。

2. 光电极优化：光电极是钙钛矿太阳能电池中的重要组成部分，通过优化光电极的结构和材料，可以有效提高载流子的迁移率，降低暗电流。

三、工艺1. 晶体生长：通过不同的晶体生长工艺，可以控制晶粒的大小、形貌、结晶度等，从而影响载流子的迁移率。

利用空间电荷限制电流法对有机材料迁移率的研究引言有机材料的迁移率是评估有机场效应晶体管（OFET）性能的重要指标之一。

在研究中，空间电荷限制电流（space-charge-limited current, SCLC）法被广泛应用于测量有机材料的迁移率。

本文旨在探讨利用SCLC法对有机材料迁移率进行研究，并分析该方法的优势和局限性。

有机材料迁移率简介有机材料迁移率是指载流子在有机薄膜中移动的速率。

它是表征有机材料导电性能的重要参量，也是评估OFET性能的关键指标之一。

迁移率的大小直接影响着OFET的开关速度、输出特性以及稳定性。

空间电荷限制电流法空间电荷限制电流法是一种常用的测量有机材料迁移率的方法。

它基于电子在有机材料中的移动被空间电荷限制的原理。

当载流子移动速度较小时，空间电荷区域的内部场会阻碍电子的进一步移动，形成电流限制。

通过测量不同电场下的电流密度，可以得到有机材料的迁移率。

SCLC法的基本原理1.在高电压下，载流子在有机材料中被俘获。

2.载流子的俘获会形成空间电荷区域，内部场会限制电子的移动。

3.当电子移动速度变缓时，电流密度将达到一个稳定值。

4.通过测量稳定电流密度和电场的关系，可以得到有机材料的迁移率。

SCLC法的优点•简单易行，不需复杂的实验设备和条件。

•可以对各种有机材料进行快速准确的迁移率测量。

•适用于大面积材料的迁移率研究。

SCLC法的局限性•忽略了晶体管器件的界面特性对电流传输的影响。

•需要有机薄膜较大的尺寸以保证获得准确的测量结果。

•受到温度和湿度等环境因素的影响。

利用SCLC法研究有机材料迁移率的实验步骤1.制备有机材料薄膜：通过旋涂、溅射等方法在基底上制备有机材料薄膜。

2.制备金属电极：在有机薄膜上制备金属电极，确保良好的电接触。

3.测量电流-电压特性曲线：在特定电场下，通过测量电流和电压的关系曲线，得到电流密度。

4.分析曲线斜率：根据电流密度和电场的关系，计算有机材料的迁移率。

半导体n-si少子迁移率和扩散系数测量实验
半导体n-Si材料的少子迁移率和扩散系数可以通过以下步骤进行测量：
1. 实验材料准备：选取n-Si单晶衬底,并在其表面进行化学氧化得到一层厚度为几十纳米的SiO₂层。

接着制备金属电极,并沉积在SiO₂层上,用以形成n-Si材料表面上的金属/氧化物/半导体（MOS）结构。

2. 实验装置准备：使用霍尔效应测量仪和离子注入设备等设备,构建少子迁移率和扩散系数测量实验装置。

3. 实验操作过程：将n-Si材料置于实验室中,经恒温处理后,体中注入低浓度的杂质掺杂物,并在杂质原子的注入区域施加电场。

接着对于杂质原子注入区域的二维分布和电子浓度进行测量,从而计算杂质原子注入区域的少子迁移率和扩散系数。

4. 数据处理和分析：根据实验数据对于样品中的迁移率和扩散系数进行计算,并通过事先设定的相关模型进行优化。

总之,通过上述的实验操作,可以测量得到半导体n-Si材料的少子迁移率和扩散系数,并为相关领域提供基础的实验数据支持。

有机半导体NPB空穴迁移率的快速确定吴有智;马继晶;张运虎;张材荣;张定军【摘要】以典型有机半导体材料——胺类衍生物NPB(N,N'-diphenyl-N,N'-bis(1-naphthyl)(1,1'-biphenyl)-4,4'diamine)为空穴传输层,采用MoO3为阳极缓冲层制备结构简单的只有空穴传输的单载流子器件.以空间电荷理论为基础,利用从器件电流-电压关系变换而来的一个特殊而简单的函数确定出电场强度在600～1 000 V1/2 cm-1/2时,NPB空穴迁移率位于1.1×10-5～3.5×10-4 cm2 V-1 s-1,这与文献报导采用其他方法得到的结果接近,表明这是一种简单而有效的确定有机半导体载流子迁移率的方法,同时也表明MoO3为阳极缓冲层可在ITO/NPB间形成良好的欧姆接触.【期刊名称】《兰州理工大学学报》【年(卷),期】2014(040)004【总页数】4页(P97-100)【关键词】有机半导体;NPB;空穴迁移率;空间电荷【作者】吴有智;马继晶;张运虎;张材荣;张定军【作者单位】省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室,甘肃兰州730050;兰州理工大学材料科学与工程学院,甘肃兰州730050;省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室,甘肃兰州 730050;兰州理工大学材料科学与工程学院,甘肃兰州730050;省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室,甘肃兰州 730050;兰州理工大学材料科学与工程学院,甘肃兰州730050;兰州理工大学理学院,甘肃兰州730050;省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室,甘肃兰州 730050;兰州理工大学材料科学与工程学院,甘肃兰州730050【正文语种】中文【中图分类】TN301.1在有机半导体器件的研究中，有机半导体材料载流子电荷传输能力由于对器件的性能具有决定性作用而成为人们最为关心的问题之一.作为表征材料载流子电荷传输能力的特征物理量——载流子迁移率的确定［1-9］显得尤为重要.一般，确定有机半导体迁移率常用的方法有：光生载流子的渡越时间法（time of flight，TOF）［1-4］，注入载流子的渡越时间法（transient space-charge limited currents，t-SCLC）［1］，发光延迟的方法（transient electroluminescence）［3，5］及根据稳态电流-电压关系的空间电荷限制电流法（space-charge limited currents，SCLC）［6-9］等.前三种方法文献中比较常见，但由于载流子本身的弥散性（dispersion）从而使涉及到的时间参量的测量难以准确把握，一般需要昂贵、精密的仪器设备.而且为了减小时间参量测量的误差，不得不采用较厚的膜，厚度可达几个微米，这个厚度是一般有机半导体器件典型厚度的几十倍.一方面，意味着材料消耗的成本增加；另一方面，有研究［6-7］表明有机材料载流子迁移率会随着有机层厚度的变化而变化，如此，用几十倍有机器件厚度的材料中得到的迁移率数值来反应真实器件中载流子迁移率便不能令人满意，其结果只具有参考意义.第四种方法原则上不会出现系统性误差的问题，因为从本质上来讲电流取决于迁移率、外加电压及有机层厚度，因此根据实验测得的电流-电压关系曲线，应该可定出迁移率.可惜的是，在迁移率依赖电场变化而变化（有机半导体典型特征之一）的情况下器件电流、电压、迁移率和器件厚度之间不存在严格解析式.文献［6］以不依赖电场迁移率条件下的电流、电压、迁移率和器件厚度之间的 Mott Gurney关系式J＝（9／8）εrε0μV 2／L 3（εrε0为有机层介电常数，μ为迁移率，V为器件电压，L为器件厚度）结合依赖于电场迁移率的PF（poolefrenkel）关系式μ＝μ0 exp（γE 1／2）（E 为电场强度，γ为一常数）研究器件中材料迁移率，其结果虽有一定参考价值，但其物理合理性存在很大问题，因为Mott Gurney关系式成立的条件是μ不依赖于电场，而PF关系式表明μ是强烈依赖于电场的.文献［8］以空间电荷理论为基础，通过约100 nm厚（与有机器件中厚度相当）的单载流子器件电流-电压（J-V）关系曲线，采用数学演绎的方法得到一个特殊函数，利用该函数可以很方便地计算迁移率.利用该方法已获得典型有机半导体Alq （tri-（8-quinolinato）aluminum）电子迁移率依赖于电场变化而变化的数值结果.本文将这一方法应用到有机器件中另一典型材料——NPB（N，N’-diphenyl-N，N’-bis（1-naphthyl）（1，1’-biphenyl）-4，4’diamine），以期望进一步检验这一思路并计算NPB的空穴迁移率.设器件中只有空穴从阳极注入，空穴从阳极向阴极稳定迁移，器件的J-V特性曲线通过实验获得，器件厚度以L表示，则根据下列方程［8］可将J-V特性关系变换为一个新的函数g-E关系，即函数g＝g（E）的数值结果：获得函数g＝g（E）的数值结果后，迁移率可以计算如下：1 实验氧化锡铟（indium tin oxide，ITO）导电玻璃（表面电阻约为10Ω／□）按照文献［8］的方法进行清洗和烘干处理后，放入真空室内，在真空度为3×10-4 Pa的条件下相继蒸镀阳极缓冲层MoO3（0.5 nm）、空穴传输层NPB（100 nm）、阴极 Al（100 nm），得到了结构为ITO／MoO3／NPB／Al的器件.有机材料的蒸发速率约为0.2～0.5 nm／s，金属电极蒸发速率约为5 nm／s，蒸发速率使用石英晶体振荡膜厚仪进行实时监控.电流和电压使用吉时利公司（Keithley Ltd.）的2400数字源表在室温大气氛围下进行测量.器件结构如图1所示.图1 器件结构示意图Fig.1 Device structure schematics2 结果与讨论器件的能级结构如图2所示.文献［10］报导ITO／NPB间插入约0.75 nm厚的MoO3缓冲层可以实现良好的欧姆接触，从而有利于空穴注入.就MoO3缓冲层最佳厚度问题，作者曾在以MoO3为缓冲层的发光器件研究中进行过系统的实验研究［11］，结果比文献［10］报导的略薄，大约为0.5 nm.如图2所示，阴极一端，Al功函数为4.3 eV，NPB最低未占据分子轨道能级（lowest unoccupied molecular orbital，LUMO ）为2.4 eV［1］，它们之间相差接近2.0 e V，其可视为电子注入NPB所需跨越的势垒.而在阳极一端，适当厚度MoO3缓冲层插入，无论文献报导还是本实验室研究结果均表明ITO与NPB之间MoO3的插入可实现几乎欧姆接触的效果，即空穴注入NPB所需跨越的势垒接近零.由于空穴和电子注入势垒的巨大差异，可以预期在电场作用下器件中几乎只有空穴传输，而没有电子传输，至少空穴占绝对多数，即该器件为只有空穴传输的单载流子器件.这一推断的确得到了实验的证实，那就是器件在偏置电压下有电流通过，却几乎观察不到来自NPB的发光，说明偏压下器件中只有一种载流子传输，那就是空穴.如果认为0.5 nm厚MoO3缓冲层确实在ITO／NPB之间形成了欧姆或准欧姆接触，器件中又只有空穴一种载流子传输，便能满足应用方程（1，2）来确定空穴迁移率的前提条件［8］.图2 器件的能级结构Fig.2 Energy level of device图3为器件J-V特性曲线及变换所得的g-E关系曲线.J-V特性曲线由2400数字源表测量，g-E关系曲线由方程（1）确定.由图3可以看出，随着电压的增加电流呈非线性增加，这反映了空穴进入NPB后向阴极迁移输运过程中受到电场力牵引、空间电荷限制和NPB分子本身散射阻挡作用相互竞争的内在机制.另外，需要说明的是，g-E关系曲线的形状虽然非常类似于J-V曲线的形状，但是前者不同于后者，g＝g（E）是J＝J（V）的一种特殊演绎变形［8］.构造并得到这一函数的目的就是为了根据方程（2）直接计算NPB中的载流子迁移率.图3 电流密度-电压曲线及g-E关系曲线Fig.3 Current density vs voltage curve and g to E relation curve从图3a看出，NPB单载流子器件中电流可达2 500 m A／cm2，这一电流超过了通常含有NPB做空穴传输层的发光器件中最高电流典型数值（一般小于1 000 m A／cm2）的一倍以上，说明含有NPB做空穴传输层的发光器件中NPB不是影响器件稳定性的主要因素.图4为g-E关系曲线根据方程（2）所直接计算出的NPB载流子迁移率随电场（按照文献中的习惯以电场的平方根表示）变化而变化的关系曲线.可以看出，电场强度在600～1 000 V1／2 cm-1／2时，迁移率相应位于1.1×10-5～3.5×10-4 cm2 V-1 s-1，而且迁移率随电场变化而变化的规律符合PF关系式μ＝μ0 exp （γE 1／2）.与 Chu等报导的关于同样厚度NPB迁移率结果［6］（以C60做缓冲层的结果：电场强度在500～700 V1／2 cm-1／2时相应迁移率为1×10-4～3×10-4 cm2 V-1 s-1；无缓冲层的结果：电场强度在450～780 V1／2 cm-1／2时迁移率为1×10-6～4×10-5 cm2 V-1 s-1）相比，比较接近以C60为缓冲层的结果，而明显高于无缓冲层的结果.实际上，应用SCLC来模拟或计算迁移率时理论上要求器件中注入载流子的电极与有机层之间是欧姆接触或至少为准欧姆接触.大量实验表明无缓冲层的器件中在ITO和NPB之间不能形成欧姆接触，这导致文献［6］中无缓冲层的结果失去其合理性.若认为以C60为缓冲层在ITO和NPB之间形成了欧姆或准欧姆接触，并认为文献［6］中的做法具有一定合理性的话，本文结果与此相近的事实表明本文的简单方法应用于NPB来直接计算迁移率是成功有效的.由于本文理论方法仍然要求注入载流子的电极与有机层之间是欧姆接触，所得迁移率结果的合理性也说明MoO3缓冲层在ITO和NPB之间形成了良好的欧姆接触.这也与本文的预期和文献［11］关于ITO／MoO3／NPB界面为欧姆接触的结论相符.图4 NPB载流子迁移率随电场（以电场平方根表示）变化而变化的关系Fig.4 Variation of mobility of NPB carrier with electrical field（represented as square root of electrical field）在600 V1／2 cm-1／2以下的低电场区，迁移率明显地偏离并低于PF关系式μ＝μ0 exp（γE 1／2）预期的结果.这可以归结为低电场下空穴载流子的扩散行为所致.这一在低电场下载流子迁移率由于扩散行为而导致的迁移率低于预期的事实在文献［6］的方法中是不能得到体现的.在1 000 V 1／2 cm-1／2以上的高电场区，迁移率明显地偏离并高于PF关系式预期的结果.这可解释为：在高电场区，迁移率也较高，自然产生大电流从而使空穴传输层产生较多焦耳热，进而导致温度的上升，最终导致迁移率高于正常温度下的数值，因为载流子迁移率强烈依赖于温度和电场.当进一步增加外加电压，器件被烧毁，这一事实证实温度的确升高了.这一行为与关于Alq单载流子器件的研究中出现的现象［8］完全类似，表明有机半导体中载流子输运过程中的扩散行为及输运随温度升高而加快的普遍特征.3 结论本文所采用由最简单的J-V关系演绎变换而得的函数g-E关系来计算载流子迁移率，方法简单可靠，涉及电场强度范围广，并且不需要其他昂贵的设备以及复杂的时间参量测定.电场强度在600～1 000 V 1／2 cm-1／2时，计算所得 NPB 空穴迁移率相应位于1.1×10-5～3.5×10-4 cm2 V-1 s-1.所得迁移率结果与文献报导用其他方法所得结果相近，同时证明MoO3缓冲层在ITO和NPB之间可以形成良好的欧姆接触.参考文献：［1］BR¨UTTING W，BERLEB S，M¨UCKL A G.De vice physics of organic light-emitting diodes based on molecular materials［J］.Organic Electronics，2001，2（1）：1-36.［2］ AKSHAY K，KE Y，JAYANT K.Techniques for characteriza-tion of charge carrier mobility in organic semiconductors［J］.J Polym Sci part B：Polym Phys，2012，50（15）：1130-1144.［3］陈振宇，叶腾凌，马东阁.有机半导体中载流子迁移率的测量方法［J］.化学进展，2009，21（5）：940-947.［4］ EGON P，GVIDO B.Time-of-flight mobility of charge carriers in position-dependent electric field between coplanar electrodes［J］.Appl Phys Lett，2012，101（9）：093304-1-3.［5］ HOSOKAWA C，TOKAILIN H，HIGASHI H，et al.Transient behavior of organic thin film electroluminescence ［J］.Appl Phys Lett，1992，60（10）：1220-1222.［6］ CHU Ta-Ya，SONG Ok-Keun.Hole mobility of N，N′-bis （naphthalen-1-yl）-N，N′-bis（phenyl）benzidine investigated by using space-charge-limited currents［J］.Appl Phys Lett，2007，90（20）：203512-1-3.［7］ GAO J，XU J B，ZHU M，et al.Thickness dependence of mobility in CuPc thin film on amorphous SiO2 substrate［J］.J Phys D：Appl Phys，2007，40（18）：5666-5669.［8］ WU Youzhi，ZHANG Cairong，ZHANG Dingjun.Determination of carrier mobility in disordered organics from currentvoltage characteristics ［J］.Appl Phys Lett，2009，95（3）：033508-1-3.［9］骆扬，段羽，陈平，等.利用空间电荷限制电流方法确定三（8-羟基喹啉）铝的电子迁移率特性初步研究［J］.物理学报，2012，61（14）：14780-1-5. ［10］ MATSUSHIMA T，KINOSHITA Y，MURATA H.Formation of Ohmic hole injection by inserting an ultrathin layer of molybdenum trioxide between indium tin oxide and organic hole-transporting layers［J］.Appl Phys Lett，2007，91（25）：253504-253506.［11］倪蔚德，吴有智，张文林，等.MoO3为缓冲层的高效非掺杂蓝色有机发光二极管［J］.发光学报，2011，32（12）：1271-1275.。

有机半导体中载流子迁移率的各种方法的测试原理。

主要有如下JV) ,飞行2(CW) 直流电流2电压特性法( steady2state DC 几种:稳态时间法(time of flight , TOF) ,瞬态电致发光法(transientelectroluminescence , transient EL) ,瞬态电致发光法的修正方法即双脉冲方波法和线性增压载流子瞬态法(carrier extraction by linearly increasing voltage ,CELIV) ,暗注入空间电荷限制电流(dark injection space charge limited current , DI SCLC) ,场效应晶体管方法(field2effect transistor , FET) ,时间分辨微波传导技术(time2resolved microwave conductivity technique , TRMC) ,电压调制毫米波谱(voltage2modulated millimeter2wave spectroscopy , VMS) 光诱导瞬态斯塔克谱方法(photoinducedtransient Stark spectroscopy) ,阻抗(导纳) 谱法(impedance (admittance) spectroscopy) 。

实验测定方法一些传统无机半导体迁移率的测量方法是比较成熟的,如利用霍耳效应[11 ] (根据定义,电流密度等于载流电荷密度乘以平均漂移速率。

电流密度可以通过测量电流强度和样品尺寸而求得,载流电荷密度可以通过在弱磁场下测量经典霍耳系数而求得。

因此,迁移率是一个可以通过直接测量而求得的近来开发的拉曼散射技术[12 ] (通过微观拉曼但并不适用) ,成像实验来研究载流子密度与迁移率．于低迁移率的无定型有机半导体。

目前报道的比较常用的测量无定型有机半导体载流子迁移率的方法主要有如下几种:稳态(CW) 直流电流2电压特性法JV ) , 飞行时间法( time of flight , (steady2state DC 2TOF) ,瞬态电致发光法(transient electroluminescence ,transient EL) ,瞬态电致发光法的修正方法即双脉冲方波法和线性增压载流子瞬态法(carrier extraction bylinearly increasing voltage ,CELIV) ,暗注入空间电荷限制电流(dark2injection space2charge2limited current , DI SCLC) , 场效应晶体管方法( field2effect transistor ,FET) , 时间分辨微波传导技术( time2resolvedmicrowave conductivity technique , TRMC) ,电压调制毫米波谱(voltage2modulated millimeter2wave spectroscopy , VMS) , 光诱导瞬态斯塔克谱方法( photoinducedtransient Stark spectroscopy ) , 阻抗( 导纳) 谱法(impedance (admittance) spectroscopy) 。

载流子迁移率测量方法总结引言迁移率是衡量半导体导电性能的重要参数,它决定半导体材料的电导率，影响器件的工作速度.已有很多文章对载流子迁移率的重要性进行研究，但对其测量方法却少有提到。

本文对载流子测量方法进行了小结。

迁移率μ的相关概念在半导体材料中，由某种原因产生的载流子处于无规则的热运动，当外加电压时,导体内部的载流子受到电场力作用,做定向运动形成电流,即漂移电流，定向运动的速度成为漂移速度，方向由载流子类型决定.在电场下，载流子的平均漂移速度v与电场强度E成正比为：式中μ为载流子的漂移迁移率，简称迁移率，表示单位电场下载流子的平均漂移速度，单位是m2／V·s 或cm2／V·s。

迁移率是反映半导体中载流子导电能力的重要参数，同样的掺杂浓度，载流子的迁移率越大,半导体材料的导电率越高。

迁移率的大小不仅关系着导电能力的强弱，而且还直接决定着载流子运动的快慢.它对半导体器件的工作速度有直接的影响。

在恒定电场的作用下，载流子的平均漂移速度只能取一定的数值,这意味着半导体中的载流子并不是不受任何阻力，不断被加速的.事实上，载流子在其热运动的过程中，不断地与晶格、杂质、缺陷等发生碰撞，无规则的改变其运动方向,即发生了散射。

无机晶体不是理想晶体，而有机半导体本质上既是非晶态,所以存在着晶格散射、电离杂质散射等，因此载流子迁移率只能有一定的数值。

测量方法(1)渡越时间（TOP）法渡越时间（TOP）法适用于具有较好的光生载流子功能的材料的载流子迁移率的测量,可以测量有机材料的低迁移率。

在样品上加适当直流电压，选侧适当脉冲宽度的脉冲光，通过透明电极激励样品产生薄层的电子一空穴对.空穴被拉到负电极方向，作薄层运动。

设薄层状况不变, 则运动速度为μE。

如假定样品中只有有限的陷阱，且陷阱密度均匀,则电量损失与载流子寿命τ有关，此时下电极上将因载流子运动形成感应电流，且随时间增加。

在t时刻有：若式中L为样品厚度电场足够强，t≤τ，且渡越时间t0〈τ。

三维材料的载流子迁移率引言三维材料的载流子迁移率是描述材料导电性能的重要指标之一。

载流子迁移率的高低直接影响材料在电子器件中的应用潜力。

本文将介绍三维材料的载流子迁移率的概念、影响因素以及测量方法等内容，旨在帮助读者更好地理解和评估三维材料的导电性能。

什么是载流子迁移率？载流子是指在材料中参与电荷传输的电子或正空穴。

载流子迁移率则是描述载流子在材料中移动速度的参数。

它可以用来评估材料的导电性能和电子迁移的效果。

一般来说，载流子迁移率越高，材料的导电性能就越好。

载流子迁移率的影响因素1.材料结构材料的晶体结构对载流子迁移率有着重要影响。

晶体结构中的缺陷、界面和晶界等能够影响载流子迁移路径和散射行为，从而影响迁移率。

三维材料中不同晶体结构的研究对于提高载流子迁移率具有重要意义。

2.掺杂浓度掺杂是指通过人为手段向材料中引入杂质或其他原子，以改变材料的导电性能。

杂质的种类和浓度对载流子迁移率有重要影响。

合适的掺杂浓度可以提高载流子迁移率，而过高的掺杂浓度则会导致杂质散射增加，降低材料的导电性能。

3.温度温度对于载流子迁移率有着显著影响。

随着温度的升高，载流子迁移率通常会下降。

这是因为高温会增加导电材料中的杂质散射和晶格振动散射，限制载流子的移动能力。

因此，在材料设计和应用中考虑温度是必要的。

载流子迁移率的测量方法1.阻挡式薄膜晶体管阻挡式薄膜晶体管（O F ET）是一种常用的测量载流子迁移率的方法。

该方法利用了有机半导体材料的特性，通过外加电压调节载流子的通道，从而测量出载流子在材料中的移动速度。

2.时间域法时间域法是一种基于电容测量的载流子迁移率测量技术。

该方法通过在材料上施加瞬态电压脉冲，测量电荷在材料中的传输时间和电流响应，从而得到载流子迁移率的信息。

3.空间电荷限制电流法空间电荷限制电流法（S CL C）是一种基于电流测量的载流子迁移率测量技术。

该方法通过在材料中施加电压并测量电流，利用电荷在材料中的传输特性推导出载流子迁移率的数值。

线性区迁移率推导过程线性区迁移率指的是在晶体管的线性工作区域，输入信号（即基极电流）发生变化时，输出信号（即集电极电流）的相应变化情况。

由于在线性区，晶体管的工作状态是稳定的，因此线性区迁移率可以用来描述晶体管的放大能力和线性性能。

1. 简化模型：为了方便推导，我们可以采用简化的模型来描述晶体管的工作原理。

这个模型被称为Eber–Moll模型，它假设晶体管是理想的电流控制器件。

即晶体管的集电极电流只取决于基极电流，并且没有其它元件的影响。

2.基本电路分析：假设晶体管的发射极接地，集电极接负载电阻RL，基极接输入信号源。

3. 设计工作点：为了使晶体管工作在线性区，需要选择适当的偏置电流。

通常情况下，偏置电流选取集电极电流的1/10到1/20左右。

假设偏置电流为Ieq。

4. 基础参数：根据Eber–Moll模型，我们可以得到晶体管的以下基本关系：-集电极电流Ic=β*Ib- 基极电压Vbe = Vbb - Vbe- 集电极电压Vce = Vcc - Ic * RL其中，Vbe为基极与发射极之间的电压，Vbb为基极的电压，Vcc为集电极的电压。

5.小信号参数：在小信号分析中，我们假设所有参数都是恒定的，除了输入信号（即基极电流）之外。

这样我们可以得到以下小信号参数：-小信号集电极电流变化ΔIc=β*ΔIb- 小信号集电极电压变化ΔVce = - ΔIc * RL其中，ΔIb和ΔIc分别表示基极电流和集电极电流的变化量。

6.迁移率计算：线性区迁移率β定义为集电极电流（Ic）与基极电流（Ib）的比值。

考虑到小信号分析中的变化量，我们可以将线性区迁移率定义为：-β=ΔIc/ΔIb将小信号分析中得到的小信号集电极电流变化ΔIc和小信号基极电流变化ΔIb代入上述公式，可以得到：-β=β*ΔIb/ΔIbΔIb和ΔIb相互约去，可以得到：-β=β因此，线性区迁移率β是一个恒定的值，与输入信号的变化量无关。

7.总结：通过上述推导过程，我们可以得到晶体管的线性区迁移率β定义为集电极电流（Ic）与基极电流（Ib）之比。

第二章有机半导体材料载流子迁移率测试方法二、场效应晶体管表征法（Field Effect Transistor,FET）(Thin Film Transistor, TFT)(Thin Film Transistor TFT)根据活性层材料的不同可分为：无机FET和有机FET（OFET）。

用途：逻辑开关和逻辑电路。

用途逻辑开关和逻辑电路z单晶硅片MOSFET是CPU中的基本单元，有很长的历史。

z多晶硅或无定型硅TFT是当前驱动LCD的模块。

z有机TFT历史较短。

Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor (MOSFET)TFT-LCD 结构示意图两个TFT及一个电容组合来驱动个O像素来驱动一个OLED2.1、OFET的结构：典型结构：顶接触类和底接触类。

非典型结构：双有源层或双绝缘层等。

非典型结构有或绝缘等基板：substrate栅极：gate electrode绝缘层（介电层）：insulator绝缘层（介电层）有源层（活性层）：active layer 源电极：sou ce e ec odesource electrode漏电极：drain electrodeTFT 接线结构和栅源电压正负选择TFT 的宽长比：W/L能影响输出电流能影响输出电流。

1、源电极通常是接地的，其电位为零。

对于p 型半导体通常测量空穴迁移率接地处2、对于p-型半导体，通常测量空穴迁移率，所加栅压和漏压均为负，空穴在沟道中流动。

3、对于n-型半导体，通常测量电子迁移率，所加栅压和漏压均为正电子在沟道中流动所加栅压和漏压均为正，电子在沟道中流动。

体会一下栅极的开关作用OFET中的电子或空穴通道注意电压大小2.2、OFET的成功实例实例1：p-型半导体负栅源电压源漏极电流的输出和转移行为：源漏极电流的输出和转移行为1、线性区(linear regime)栅压显著高于漏压时2、饱和区(saturated regime)饱和区(d i)栅压接近漏压时饱和源漏极电流随栅源电压的变化关系源漏极电流出现饱和的原因：实例2：n-型半导体正栅源电压源漏极电流的输出和转移行为：源漏极电流的输出和转移行为1、线性区(linear regime)2、饱和区(saturated regime)饱和源漏极电流随栅源电压的变化关系2.3、OFET 中迁移率的计算（重要）计算公式：饱和区的I ds = (W/2L )μC i (V g −V th )2举例1Macromolecules 2005, 38, 2253.或(I ds )1/2= [(W/2L )μC i ]1/2(V g −V th ) 从左图得出直线的斜率从左图得出直线的斜率，即为：[(W/2L )μC i ]1/2其它参数还可得出域值电压V th其它参数：W/L ＝100，电容值C i ＝12.4 nF/cm 2从而算出迁移率：μhole = 4.5 ×10−5cm 2/V s举例2计算公式J. Am. Chem. Soc.2003, 125, 13656.计算公式：饱和区(I ds )1/2= [(W/2L )μC i ]1/2(V g −V th )从而算出迁移率：μe = 0.03 cm 2/V s本课程课件上传邮箱：scutgfz@密码：gfz2012。